[发明专利]一种纳米流体的高剪切制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种纳米流体的高剪切制备方法及装置，包括旋转液体分布装置、超声波发生装置、转轴、电机和机壳；所述旋转液体分布装置包括可独立旋转的上盘和下盘，在上盘和下盘上分别设有若干层半径不同、圆心相同的同心圆筒状液体分布装置，每层同心圆筒状液体分布装置是由若干个均匀分布的液体分布器组成，且液体分布器是通过底部的通孔与上盘或下盘相连通；上盘转轴设在上盘中心并穿过壳体与电机相连，液体由进液管流经上盘后进入同心圆筒状液体分布装置；下盘结构与上盘相似；在旋转液体分布装置两侧分别设有一个超声波发生装置，该装置位于机壳两侧；机壳下端设有液体出口。本发明装置处理量大，能连续进料、出料，可实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米流体的高剪切制备方法及装置，属于纳米流体制备技术领域。

背景技术

纳米流体是一种包含纳米粒子复杂多相体系的胶体悬浮液，是近20年逐渐开发起来的一种新型功能流体，具有高传热、高传质、强润滑特性，能有效强化多相流之间发生的化学反应及传递过程。对于提高热交换系统的经济性、可靠性和小型化有重要的意义，已成为各国科学家高度关注的前沿科技领域。此外，体系所含纳米粒子还具有独特的热、光、电、磁等性质使其在航天航空、能源动力、机械电子、核能系统、生物医学等领域具有十分广阔的应用前景和潜在的经济价值，被称为“未来的冷却散热技术”。

然而，纳米颗粒强烈的表面效应易出现团聚、沉降现象，流体发生失稳，产生沉淀物，致使由纳米颗粒尺度效应带来的强化效果减弱，甚至消失、体系粘度增加、压降变大，更甚产生磨损或堵塞现象，限制微流体装置的运行。纳米流体的各种性能及应用都高度依赖于纳米流体的稳定性，是制约其大规模推广和工业应用的瓶颈难题。

根据制备过程和纳米粒子的分散过程是否一步进行，目前纳米流体的制备方法可分为单步法和两步法。单步法制备的纳米粒子分散均匀、传热性能好，但其制备工艺较为复杂，成本较高，不易实现大规模生产，且单步法制备过程大多在间歇式反应器内进行，不能连续稳定合成。两步法的制备工艺相对简单、成本低，但存在颗粒分散不均匀易导致的稳定性差、传热性能低等缺点。目前常通过机械搅拌、超声震荡、球磨、均质化等物理机械方法破碎纳米粒子团簇，从而增加纳米粒子在基液中的稳定性。然而上述物理机械作用对纳米粒子的分散能力有限，通常需要较长时间制备，存在生产效率低、制备周期长等问题，且对较高的颗粒负载情况下效果不甚明显。因此，急需开发一种低成本规模化制备高分散、高稳定纳米流体的装置及方法。

发明内容

本发明旨在提供一种纳米流体的高剪切制备方法及装置，实现低成本规模化制备高分散、高稳定的纳米流体。

本发明提供了一种纳米流体的高剪切制备装置，包括旋转液体分布装置、超声波发生装置、转轴、电机和机壳；所述旋转液体分布装置包括：可独立旋转的上盘和下盘，在上盘和下盘上分别设有若干层半径不同、圆心相同的同心圆筒状液体分布装置，每层同心圆筒状液体分布装置是由若干个均匀分布的液体分布器组成，且液体分布器是通过底部的通孔与上盘或下盘相连通；上盘转轴设在上盘中心并穿过壳体与第一电机相连，上盘进液管嵌套在上盘转轴并与上盘同心圆筒状液体分布装置相通，液体由进液管流经上盘后进入同心圆筒状液体分布装置；下盘结构与上盘结构相似；下盘转轴设在下盘中心并穿过壳体与第二电机相连，下盘进液管嵌套在下盘转轴内并与下盘同心圆筒状液体分布装置相通；

在旋转液体分布装置两侧分别设有一个超声波发生装置，该装置位于机壳两侧，所述超声波发生装置内分别设有多个振头，超声发生装置的频率为20~80 KHz之间，功率为600~1500W之间；

机壳下端设有液体出口。

进一步地，所述旋转液体分布装置的上盘和下盘同心安装，使得两盘上的同心圆筒状液体分布装置相互交替插入、嵌入形成一体，相邻液体分布装置之间留有间隙。